DE102010028824A1

DE102010028824A1 - Gewindeschneidende Betonschraube

Info

Publication number: DE102010028824A1
Application number: DE102010028824A
Authority: DE
Inventors: Tobias Neumaier; Peter Gstach; Michael Beckert
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-10
Also published as: CA2738182A1; ES2554664T3; CA2738182C; JP2011237034A; CN102242754B; MX2011004616A; US20110274516A1; AU2011202134A1; CN102242754A; TWI565883B; US8753056B2; TW201139871A; EP2386770A1; PL2386770T3; JP5752988B2; AU2011202134B2; EP2386770B1

Abstract

Bei einer gewindeschneidenden Schraube (1), insbesondere Betonschraube (2), umfassend einen Schraubenkopf (3), einen Schraubenschaft (5) und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft (5) ausgebildetes Gewinde (6), wobei an einem vorderen Bereich (7) der Schraube (1) beginnend mit einem Schraubenende (4) an dem Schraubenschaft (5) wenigstens eine Längsnut (9) ausgebildet ist und die wenigstens eine Längsnut (9) von zwei im Wesentlichen radial bezüglich einer Längsachse (8) der Schraube (1) verlaufenden Längsseiten (10) an dem Schraubenschaft (5) begrenzt sind, sollen das erforderliche Eindrehmoment beim Einschrauben der Schraube (1) in ein Bohrloch gering und die Schraube (1) in der Herstellung preiswert sein. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wenigstens eine Längsseite (10) je Längsnut (9) in einem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse (8) der Schraube (1) ausgerichtet ist und/oder die wenigstens eine Längsnut (9) schraubenlinienförmig an dem Schraubenschaft (5) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gewindeschneidende Schraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren zur Herstellung einer gewindeschneidenden Schraube gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 9.
Gewindeschneidende Betonschrauben werden in Bohrlöchern eines Baustoffes, insbesondere Beton, ohne Verwendung eines Dübels eingeschraubt. Dabei ist der Durchmesser des Bohrloches größer als ein Kerndurchmesser der Schraube und kleiner als ein Außendurchmesser der Schraube mit dem Gewinde. Dadurch arbeitet sich beim Einschrauben der Schraube, insbesondere mittels eines Schlagschraubers, die Schraube dahingehend in den Baustoff ein, dass das Gewinde in den Baustoff ein entsprechendes Gegengewinde einarbeitet oder einschneidet. Die Schraube schneidet somit das für den erforderlichen Formschluss zwischen dem Gewinde und dem Baustoff erforderliche Gewinde bzw. Gegengewinde selbst ein.
Aus der EP 1 795 768 B1 ist eine gewindeschneidende Schraube, insbesondere Betonschraube, mit einem Gewinde und einem Gewindekern, wobei das Gewinde Schneiden bildende Unterbrechungen aufweist, der Gewindekern in einem vorderen Bereich der Schraube konisch geformt ist und die Schraube eine Nut aufweist, die in einer Längsrichtung der Schraube verläuft, die das Gewinde durchsetzt und die Unterbrechungen bildet und die tiefer als das Gewinde hoch ist, so dass sie in den Gewindekern reicht, wobei die Tiefe der Nut am vorderen Ende der Schraube zum Ende des konischen Bereichs des Gewindekerns abnimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine gewindeschneidende Schraube und ein Verfahren zur Herstellung einer gewindeschneidenden Schraube zur Verfügung zu stellen, bei der das erforderliche Eindrehmoment beim Einschrauben der Schraube in ein Bohrloch gering ist und die Schraube in der Herstellung preiswert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer gewindeschneidenden Schraube, insbesondere Betonschraube, umfassend einen Schraubenkopf, einen Schraubenschaft und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft ausgebildetes Gewinde, wobei an einem vorderen Bereich der Schraube beginnend mit einem Schraubenende an dem Schraubenschaft wenigstens eine Längsnut ausgebildet ist und die wenigstens eine Längsnut von zwei im Wesentlichen, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 30°, 20° oder 10° zu einem Radius, radial bezüglich einer Längsachse der Schraube verlaufenden Längsseiten an dem Schraubenschaft begrenzt sind, wobei wenigstens eine Längsseite je Längsnut in einem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse der Schraube ausgerichtet ist und/oder die wenigstens eine Längsnut schraubenlinienförmig an dem Schraubenschaft ausgebildet ist. Der Radius bezüglich der Längsachse steht senkrecht auf der Längsachse. Zweckmäßig ist eine Schraubenlinie der wenigstens einen Längsnut in der gleichen Drehrichtung ausgerichtet wie eine Schraubenlinie des Gewindes. Der Steigungswinkel der Schraubenlinie der wenigstens einen Längsnut liegt zwischen 1° und 20°, vorzugsweise zwischen 2° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 8°.
Beim Einschrauben der gewindeschneidenden Schraube in ein Bohrloch tritt im Bereich des Schraubenendes Gesteinsmehl des Baustoffes auf. Das Gesteinsmehl kann dabei daher resultieren, dass dieses entweder nach dem Einbringen der Bohrung in der Bohrung nicht vollständig entfernt wurde und/oder beim Einschrauben der gewindeschneidenden Schraube in das Bohrloch im Bereich des Schraubenendes das Gesteinsmehl entsteht. Die Längsnuten bilden dabei Taschen zur Aufnahme des Gesteinmehles zwischen dem Schraubenschaft und der Wand des Bohrloches. Aufgrund der Ausrichtung wenigstens einer Längsseite der Längsnut in dem Winkel α zu der Geraden wird Gesteinsmehl in den Längsnuten vom Bereich an dem Schraubenende in einen hinteren Bereich in den Längsnuten in Richtung zu dem Schraubenkopf gefördert. Damit kann am vorderen Endbereich der wenigstens einen Längsnut an dem Schraubenende wieder zusätzliches Gesteinsmehl problemlos aufgenommen werden. Dadurch ist weniger Gesteinsmehl oder kein Gesteinsmehl in dem Zwischenraum zwischen dem Schraubenschaft und der Wandung des Bohrloches vorhanden, so dass dadurch die Reibung zwischen der Schraube und der Wandung des Bohrloches verringert werden kann und damit das erforderliche Eindrehmoment wesentlich reduziert ist.
Insbesondere liegt der Winkel α zwischen 2° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 8°.
In einer weiteren Ausgestaltung sind beide Längsseiten je Längsnut in dem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse der Schraube ausgerichtet.
In einer ergänzenden Ausführungsform weist die Schraube mehrere, insbesondere äquidistant, über den Umfang verteilte Längsnuten auf. Als besonders vorteilhaft hat sich die Anordnung von vier Längsnuten erwiesen.
Vorzugsweise weisen die Längsnuten in axialer Richtung eine unterschiedliche Ausdehnung auf.
In einer Variante ist an der wenigstens einen Längsnut wenigstens ein Gewinde unterbrochen.
Zweckmäßig ist die wenigstens eine Längsnut im Querschnitt L- oder V-förmig ausgebildet und/oder die Tiefe der wenigstens einen Längsnut nimmt in Richtung von dem Schraubenende zu den Schraubenkopf ab, insbesondere stetig.
Bevorzugt schleißt mindestens eine Längsseite mindestens einer Längsnut einen rechten Winkel mit dem Schraubenschaft ein, was gleichbedeutend ist, dass diese zumindest eine Längsseite in ihrer radialen Ausrichtung und Verlängerung durch die Schraubenmittelachse verläuft. Hierdurch kann der Schneid- und Transporteffekt der Längsnut weiter optimiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die Schraube wenigstens teilweise aus Metall, z. B. Stahl, oder, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, z. B. GFK.
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer gewindeschneidenden Schraube, insbesondere einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Schraube, mit den Schritten: zur Verfügung stellen einer gewindeschneidenden Schraube, insbesondere Betonschraube, umfassend einen Schraubenkopf, einen Schraubenschaft und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft ausgebildetes Gewinde, Einarbeiten wenigstens einer Längsnut an einen vorderen Bereich der Schraube, wobei wenigstens eine Längsnut in einem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse der Schraube in den Schraubenschaft eingearbeitet wird und/oder wenigstens eine Längsnut schraubenlinienförmig in den Schraubenschaft eingearbeitet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung liegt der Winkel α zwischen 2° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 8°.
Vorteilhafterweise wird die wenigstens eine Längsnut spanabhebend mit einem um eine Rotationsachse rotierenden scheibenförmigen Werkzeug eingearbeitet, wobei die Rotationsachse während des Einarbeitens in dem Winkel α zu einer Geraden ausgerichtet, welche senkrecht zu einer Längsgeraden parallel zu der Längsachse ausgerichtet ist.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer gewindeschneidenden Schraube,
2 eine Teilseitenansicht der Schraube gemäß 1,
3a, b einen Querschnitt der Schraube gemäß 1 an einem vorderen Bereich in alternativer Ausgestaltung,
4 eine perspektivische Ansicht zweier scheibenförmiger Werkzeuge und der Schraube während des Einarbeitens von Längsnuten und
5 eine Seitensicht der Schraube gemäß 1 und eines Zentrums des scheibenförmigen Werkzeuges.
Eine gewindeschneidende Schraube 1 (1) als Betonschraube 2 dient zum Einschrauben in ein Bohrloch in Beton (nicht dargestellt). Die Schraube 1 weist einen Schraubenkopf 3, ein Schraubenende 4 und ein Gewinde 6 an einem Schraubenschaft 5 auf. Dabei weist der Schraubenschaft 5 einen Abschnitt auf, der ohne Gewinde 6 ausgebildet ist; im Bereich des Schraubenkopfs 3 als Schraubenschaft 5 ohne Gewinde 6 und einen Abschnitt an dem Schraubenende 4 als Schraubenschaft 5 mit Gewinde 6. Die Schraube 1 weist einen Kerndurchmesser D_i des Schraubenschaftes 5 sowie einen Außendurchmesser D_a am Gewinde 6 auf. Das Gewinde 6 weist ferner eine Steigung P auf, welche dem Abstand zwischen zwei Windungen des Gewindes 6 entspricht (2).
Ein vorderer Bereich 7 der gewindeschneidenden Schraube 1 beginnt an dem Schraubenende 4 und verläuft dabei in Richtung einer Längsachse 8 der Schraube 1 in Richtung zu dem Schraubenkopf 3. Der vordere Bereich 7 umfasst dabei ungefähr zwei Windungen des Gewindes 6. In dem vorderen Bereich 7 der Schraube 1 sind vier Längsnuten 9 eingearbeitet (1 bis 3 und 5). Die Längsnuten 9 weisen zwei unterschiedliche Längen L₁ und L₂ in Richtung der Längsachse 8 auf. Zwei bezüglich der Längsachse 8 ausgebildete Längsnuten 9 weisen eine kürzere Länge L₁ auf und zwei ebenfalls bezüglich der Längsachse 8 gegenüberliegende Längsnuten 9 weisen eine größere Länge L₂ (2) auf. Die beiden Längsnuten 9 mit der Länge L₁ unterbrechen dabei lediglich nur eine erste Windung des Gewindes 6 und reichen nicht bis zu einer zweiten Windung des Gewindes 6. Die Längsnuten 9 mit der größeren Länge L₂ unterbrechen dabei sowohl eine erste als auch eine zweite Windung des Gewindes 6 ab dem Schraubenende 4 und die Längsnut 9 mit der größeren Länge L₂ endet dabei an der zweiten Windung des Gewindes 6 bzw. im Bereich der zweiten Windung des Gewindes 6, so dass von der Längsnut 9 mit der Länge L₂ zwei Windungen des Gewindes 6 unterbrochen sind (1 und 2).
In einem Schnitt senkrecht zu der Längsachse 8 der Schraube 1 im Bereich des vorderen Bereiches 7 der Schraube 1 besteht der Schraubenschaft 5 aus im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichteten Schenkeln 14 (3a, b). Zwischen diesen Schenkeln 14 mit der Dicke S sind somit die Längsnuten 9 vorhanden. Die Längsnuten 9 sind dabei jeweils von zwei Längsseiten 10 des Schraubenschaftes 5 bzw. der Schenkel 14 begrenzt. Die Längsnut 9 ist dabei im Wesentlichen L-förmig ausgebildet, weil die beiden Längsseiten 9 im Wesentlichen, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 20° oder 10°, zueinander senkrecht ausgerichtet sind. Die Längsseiten 10 sind im vorliegenden Beispiel in einem Winkel α von 6° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse 8 der Schraube 1 ausgerichtet (2), möglich sind jedoch auch andere Winkel zwischen 1° und 20°. Beim Einschrauben der Schraube 1 in eine nicht dargestellte Bohrung in einem Baustoff entstehendes Gesteinsmehl kann damit leichter von einem vorderen Endbereich der Längsnut 9 an dem Schraubenende 4 in Richtung zu dem Schraubenkopf 3 in den Längsnuten 9 befördert werden, so dass dadurch weniger Gesteinsmehl oder kein Gesteinsmehl zwischen dem Schraubenschaft 5 und der Wandung der Bohrung vorhanden ist.
Die Schraube 1 weist vier äquidistant zu einem Umfang der Schraube 1 ausgerichteten Längsnuten 9 auf. Die Herstellung bzw. das Einarbeiten dieser Längsnuten 9 ist in den 4 und 5 veranschaulicht. Zwei scheibenförmige Werkzeuge 11 weisen an ihrem radialen Ende einen Bearbeitungsring 12 auf. Die scheibenförmigen Werkzeuge 11 rotieren jeweils um eine Rotationsachse 13 und im Zentrum der scheibenförmigen Werkzeuge 11 an der Rotationsachse 13 bildet sich somit ein Zentrum 15 des Werkzeuges 11. Bei der Herstellung der gewindeschneidenden Schraube 1 wird zunächst die gewindeschneidende Schraube 1 ohne die Längsnuten 9 zur Verfügung gestellt. Die beiden scheibenförmigen Werkzeuge 11 sind dabei übereinander angeordnet, so dass die beiden Bearbeitungsringe 12 jeweils einen Abstand zueinander aufweisen, und die beiden Rotationsachsen 13 der Werkzeuge 11 sind zueinander parallel ausgerichtet. Die Schraube 1 wird zwischen den beiden Bearbeitungsringen 12 platziert, so dass durch eine Relativbewegung zwischen Schraube 1 und den Bearbeitungsringen 12 jeweils zwei gegenüberliegende Paare an Längsnuten 9 eingearbeitet werden. Der Winkel zwischen der Längsachse der Schraube 1 und der Ebenen der Werkzeuge 11 entspricht dem Winkel α der eingebrachten Längsnuten 9. Werden die Schrauben 1 in einer größeren Länge in den Raum zwischen den beiden Bearbeitungsringen 12 eingeführt, entsteht eine Längsnut 9 mit einer größeren Länge L₂ und bei einer geringeren Länge des Einführens in den Raum zwischen den Bearbeitungsringen 12 entstehen die Längsnuten 9 mit einer kleineren Länge L₁. Die Tiefe der Längsnuten 9 nimmt dabei beginnend von dem Schraubenende 4 in Richtung zum Schraubenkopf 3 ab, weil aufgrund des Radius R des im Querschnitt kreisförmigen Schraubenwerkzeuges 11 die Tiefe entsprechend abnehmend eingearbeitet wird (5). Ein Zentrum 15 des Werkzeuges 11 ist dabei in einem Schnitt mit einer Schnittebene durch die Längsachse 8 in einem Abstand zu einer Ebene ausgerichtet, wobei die Ebene auf dem Schraubenende 4 aufliegt und die Ebene ferner senkrecht auf der Längsachse 8 senkrecht steht (5).
Im dargestellten Beispiel weisen die Werkzeuge 11 den selben Radius auf; möglich ist jedoch auch die Herstellung der Längsnuten 9 mit Werkzeugen 11 mit verschiedenen Radien, insbesondere mit zwei identischen Paaren, bei denen die Werkzeuge 11 mit dem gleichen Radius über Kreuz angeordnet sind.
In 3b ist ein Schnitt senkrecht zur Längsachse 8 der Schraube 1 im vorderen Bereich dargestellt, bei der die Schraube 1 mit einem derartigen ungleichmäßigen Satz von Werkzeugen 11 hergestellt wurde.
Bei beiden in den 3a und 3b dargestellten Alternativen wurden Werkzeuge 11 eingesetzt, bei denen die Mantelfläche senkrecht zu den Seitenflächen der Werkzeuge 11 angeordnet sind. Möglich ist hier alternativ jedoch auch, dass Werkzeuge 11 eingesetzt werden, bei denen die Mantelfläche unter einem Winkel ungleich von 90° zu den Seitenflächen angeordnet ist. Hieraus ergeben sich Längsnuten 9, bei denen die Seitenflächen 10 im Gegensatz zu den in den 3a und 3b dargestellten Alternativen keinen rechten Winkel einschließen.
Insgesamt betrachtet sind mit der gewindeschneidenden Schraube 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die gewindeschneidende Schraube 1 ist in der Herstellung einfach und preiswert, weil die Längsnuten 9 einfach mit wenigstens einem scheibenförmigen Werkzeug 11 in die Schraube 1 eingearbeitet werden können. Aufgrund der Ausrichtung der Längsseiten 10 der Längsnuten 9 bezüglich der Längsachse 8 der Schrauben 1 kann beim Einführen und Einschrauben der Schraube 1 in ein Bohrloch im Bereich des Schraubenendes 4 befindliches Gesteinsmehl leicht von den Längsnuten 9 aufgenommen und in Richtung zu dem Schraubenkopf 3 befördert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1795768 B1 [0003]

Claims

Gewindeschneidende Schraube (1), insbesondere Betonschraube (2), umfassend einen Schraubenkopf (3), einen Schraubenschaft (5) und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft (5) ausgebildetes Gewinde (6), wobei an einem vorderen Bereich (7) der Schraube (1) beginnend mit einem Schraubenende (4) an dem Schraubenschaft (5) wenigstens eine Längsnut (9) ausgebildet ist und vorzugsweise die wenigstens eine Längsnut (9) von zwei im Wesentlichen radial bezüglich einer Längsachse (8) der Schraube (1) verlaufenden Längsseiten (10) an dem Schraubenschaft (5) begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Längsseite (10) je Längsnut (9) in einem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse (8) der Schraube (1) ausgerichtet ist und/oder die wenigstens eine Längsnut (9) schraubenlinienförmig an dem Schraubenschaft (5) ausgebildet ist.
Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen 2° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 8°, liegt.
Schraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Längsseiten (10) je Längsnut (9) in dem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse (8) der Schraube (1) ausgerichtet sind.
Schraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) mehrere, insbesondere äquidistant, über den Umfang verteilte Längsnuten (9) aufweist.
Schraube nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnuten (9) in axialer Richtung eine unterschiedliche Ausdehnung aufweisen.
Schraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der wenigstens einen Längsnut (9) wenigstens ein Gewinde (6) unterbrochen ist.
Schraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Längsnut (9) im Querschnitt L- oder V-förmig ausgebildet ist und/oder die Tiefe der wenigstens einen Längsnut (9) in Richtung von dem Schraubenende (4) zu den Schraubenkopf (3), insbesondere stetig, abnimmt.
Schraube nach einem oder mehreren der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Längsseite (10) einen rechten Winkel mit dem Schraubenschaft (5) einschließt.
Schraube nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) wenigstens teilweise aus Metall, z. B. Stahl, oder, vorzugsweise faserverstärktem Kunststoff, z. B. GFK, besteht
Verfahren zur Herstellung einer gewindeschneidenden Schraube (1), insbesondere einer Schraube (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: – zur Verfügung stellen einer gewindeschneidenden Schraube (1), insbesondere Betonschraube (2), umfassend einen Schraubenkopf (3), einen Schraubenschaft (5) und ein wenigstens teilweise an dem Schraubenschaft (5) ausgebildetes Gewinde (6), – Einarbeiten wenigstens einer Längsnut (9) an einen vorderen Bereich (7) der Schraube (1), dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Längsnut (9) in einem Winkel α zwischen 1° und 20° zu einer Geraden parallel zu der Längsachse (8) der Schraube (1) in den Schraubenschaft (5) eingearbeitet wird und/oder wenigstens eine Längsnut (9) schraubenlinienförmig in den Schraubenschaft (5) eingearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α zwischen 2° und 10°, insbesondere zwischen 3° und 8°, eingearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Längsnut (9) spanabhebend mit einem um eine Rotationsachse rotierenden scheibenförmigen Werkzeug (11) eingearbeitet wird und während des Einarbeitens die Rotationsachse (13) in dem Winkel α zu einer Geraden ausgerichtet ist, welche senkrecht zu einer Längsgeraden parallel zu der Längsachse (8) ausgerichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben der rotierenden Werkzeuge (11) unterschiedliche Radien aufweisen
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass alle Längsnuten (9) gleichzeitig in einem Arbeitsschritt erstellt werden.